Способ определения расстояния до луны

Как рассчитать расстояние до Луны без телескопа и СМС-регистрации

В комментариях к моему прошлому посту отметили, что я не расписал, как древнегреческие астрономы высчитали расстояние до Луны. Вот этой теме и посвящен следующий текст. Правда, задача оказалась проще, чем с расстоянием до Солнца, поэтому и пост получится заметно покороче.

Начну с того, что у античной науки была одна особенность: и греки (и затем римляне) фактически не умели в алгебру, они не пользовались десятичными дробями, понятием ноля, даже система счисления у тех и других была алфавитная, а не позиционная. Но зато они хорошо научились решать геометрические задачи. И познавали мир с помощью геометрии.

В частности, рассчитали расстояние до Луны. Как раз Аристарх Самосский считается первым, кому это удалось. И сделал он это следующим образом (излагаю кратко, кому нужно больше подробностей – читайте в первоисточнике, кому нужно много формул — это тоже есть в Сети, например, здесь).

Сначала он измерил угловой радиус нашего спутника. Зная его, можно рассчитать «сколько» Лун можно разместить на ее орбите. Это количество, согласно формуле длины окружности, равняется произведению радиуса орбиты (того самого расстояния) на 2 π. Теперь, для того, чтобы высчитать радиус, Аристарху нужно было рассчитать не угловой, а фактический размер Луны.

Кратко его дальнейшее решение звучало так. Затмения доказывали, что Солнце находится дальше от Земли, чем Луна, а их угловые размеры примерно равные (по расчетам Аристарха). На основании этого астроном сделал вывод, что солнечные лучи, падающие на Луну, сходятся за ней в точку на поверхности Земли. Далее он измерил тень от Земли на диске Луны во время лунного затмения. Тень получилась в два раза больше, чем сама Луна.

Аристарх суммировал результаты обоих выводов (разница в тенях и «уход» солнечных лучей от диаметра в точку) и пришел к выводу, что Луна меньше Земли в три раза. Это было довольно близко к современному ответу – в 3,6 раза.

Итак, Аристарх посчитал, что Луна «укладывается» на орбиту 720 раз и она меньше Земли в 3 раза. Значит Земля «поместилась» бы на лунной орбите 240 раз. Диаметр Земли грекам был известен благодаря Эратосфену (и это было очень близкое к реальному значение). Теперь формула расчета радиуса лунной орбиты была довольно простой: 240 диаметров Земли разделить на 2 π. У Аристарха получилось 486400 км.

Спустя сто лет другой античный астроном Гиппарх уточнил его расчеты: в его ответе Луна помещалась на орбиту всего 650 раз, а расстояние получалось уже около 382 тыс. километров. Что всего на пару тысяч километров расходится с современными данными.

Источник

Какое расстояние от Земли до Луны

В разные периоды месяца размер нашего спутника меняется: в некоторые дни он становится на 15% больше. Кроме того, в это время он на треть ярче. Эти явления объясняет изменяющееся расстояние от Земли до Луны.

Как рассчитывали расстояние до Луны древнегреческие астрономы

Попытки измерить численное значение расстояние между нашей планетой и ее спутником начались в тот момент, когда человечество осознало, что Луна — отдельный далекий от нас небесный объект.

Первыми это начали делать астрономы Древней Греции. Например, Аристарх Самосский пытался определить искомую дистанцию при помощи геометрических законов (по методу прямоугольного треугольника, зная земной диаметр), но некорректно определил масштаб и ошибся чуть ли не в 20 раз.

Его соотечественник, Гиппарх Никейский, считал, что расстояние между этими космическими объектами составляет 382 тыс. км. Разница с современными результатами минимальна. В работе ученый использовал познания в геометрии, наблюдал за тенями, отбрасываемыми Луной, выполнял измерения простейшими оптическими и угломерными инструментами.

Эволюция методик измерения расстояния

Основа средневековых способов измерить расстояние — математические и геометрические вычисления, включая расчеты древнегреческих ученых, а также перманентные наблюдения. Позже исследования начали проводить на основании данных, полученных от телескопов, а в ХХ в. — вычислительных машин и космических аппаратов.

Последние измерения, результаты которых принято использовать сейчас, выполнены с помощью лазерного луча. На лунной поверхности расположен установленный прошлыми исследовательскими миссиями специальный отражатель, на который посылается с Земли пучок лучей. Часть из них, отражаясь от Луны, возвращается на земной детектор.

На основании данных о скорости света и измеренного времени, затраченного лучами на прохождение заданного расстояния, были выполнены все необходимые расчеты.

Определение удаленности от Земли и ее варианты

Указать точную дистанцию в километрах не представляется возможным — Луна движется по эллиптической траектории и потому постоянно то удаляется от нашей планеты, то снова к ней приближается.

Также на его движение влияют сплюснутость нашей планеты и сильное воздействие гравитационных сил Солнца — оно притягивает наш сателлит в 2,2 раза сильнее, чем мы.

В качестве среднего расстояния принято значение 384,4 тыс. км. Астрономы называют эту величину большой полуосью.

Перигей

363,1 тыс. км — минимальная дистанция между Землей и Луной, когда последняя находится в самой близкой точке к нашей планете. Однако это число не является неизменным: расстояние до спутника нашей планеты, когда он уходит в перигей, может меняться от 356,4 до 370,4 тыс. км. Оно зависит от множества внешних факторов.

Астрономическое явление, когда перигей Луны совпадает с ее полной фазой, называется суперлунием.

Апогей

В апогее Луна располагается на дистанции 405,7 тыс. км от нас. Это среднее значение, принятое для удобства расчетов, способное изменяться в разные периоды от 404 до 406,7 тыс. км.

Существует термин «микролуние», или «микролуна», характеризующий явление, когда спутник находится одновременно в полной фазе и на максимально удаленном расстоянии от Земли, в дальней точке своей орбиты.

Изменение расстояния под влиянием времени

Астрономы уверены, что сразу после своего рождения наш спутник вращался вокруг Земли на расстоянии примерно в 15-20 тыс. км. Позднее, когда человечество начало свои наблюдения за этим небесным телом, Луна виделась нашим предкам больше своих современных размеров в 20 раз.

Существует неизвестная причина, по которой записи древних ученых о предсказаниях солнечных затмений через много веков не совпадали с их действительными датами в близкое к нам время. По предположению британского астронома Э. Галлея, это может объясняться тем, что земные сутки за много столетий удлинились. Произойти это могло только из-за постепенного удаления от нашей поверхности Луны.

Точные измерения с помощью радиолокации и лазерных сигналов доказали ежегодное удаление спутника от нас на 3,8 см.

Теоретически возможна ситуация, когда Луна окончательно покинет земную орбиту, но до того перестанет воздействовать на нас гравитационно, отчего планета вследствие отсутствия приливов повернется к своему сателлиту одной стороной. Определить дату этого события точно пока не представляется возможным, ученые предсказывают лишь приблизительный его срок — не ранее, чем через 616 млрд лет.

Расстояние Луны от Солнца

Среднее расстояние от Солнца до Луны принято считать равным большой земной полуоси — около 149,6 млн км.

Точная дистанция от светила до спутника может быть примерно на 384,5 тыс. км меньше в новолуние или на такую же величину больше в полнолуние.

Но этими величинами, являющимися незначительными в астрономическом плане, для расчетов пренебрегают.

Длительность полета до Луны

К Луне с Земли было совершено уже достаточно полетов для того, чтобы понять, сколько времени занимает это космическое путешествие:

• средний по длительности полет длится примерно 5 дней — столько времени летел к Луне в 2007 г. китайский космический аппарат «Chang’e-1» на стандартных ракетных двигателях;
• кратчайший пилотируемый полет длился 3 дня и почти 4 часа — случилось это в 1969 г.;
• самый первый советский полет к земному спутнику был одновременно и одним из наиболее быстрых в то время — аппарат «Луна-1» добрался до места назначения всего за 2 дня, пройдя в 500 км от лунной поверхности;
• быстрейший современный полет совершил межпланетный зонд NASA «Новые горизонты», который добрался до спутника за рекордные на сегодня 8,5 часа, но он не приземлялся на его поверхность, а пролетел мимо.

Теоретически путь от Земли к Луне, когда вторая будет находиться в перигее, занимает около 10 часов, но полет будет длиться дольше.

По прямой линии лететь нельзя — наша планета движется в пространстве с большой скоростью и за каждый час будет уходить в сторону от нужного пути, потому траекторию передвижения придется корректировать.

Кроме того, вторая космическая скорость 11 км/с, необходимая для выхода аппарата за пределы земной орбиты, будет соблюдаться кораблем не постоянно: сразу после старта его двигателям придется постепенно наращивать обороты, чтобы вырваться из поля тяготения планеты, а при подлете к спутнику космической станции потребуется притормозить.

Вычисление точных расстояний между Луной и Землей помогает организаторам космических полетов корректно рассчитать объем необходимого топлива, а также времени, нужного для полета.

Источник

Как измерили расстояние от Земли до Луны?

Расстояние от Земли до Луны пытались измерить еще древние греки.

До нас дошло только сочинение Аристарха Самосского «О величинах и расстояниях Солнца и Луны» (III в. до н. э.), где он впервые в истории науки попытался установить расстояния до этих небесных тел и их размеры.

К решению этого вопроса Аристарх подошел очень остроумно. Он исходил из предположения, что Луна имеет форму шара и светит отраженным от Солнца светом. В этом случае, в те моменты, когда Луна имеет вид полудиска, она образует прямоугольный треугольник с Землей и Солнцем:

Если в этот момент точно определить угол между направлениями с Земли на Луну и на Солнце (CAB), можно из простых геометрических соотношений найти, во сколько раз катет (расстояние от Земли до Луны AB) меньше гипотенузы (расстояния от Земли до Солнца AC). По Аристарху, CAB=87°; следовательно, соотношение этих сторон 1:19.

Аристарх ошибся приблизительно в 20 раз: в действительности расстояние до Луны меньше, чем до Солнца, почти в 400 раз. Загвоздка заключается в том, что точно определить момент, когда Луна оказывается в вершине прямого угла, лишь на основе наблюдений невозможно. Малейшая же неточность влечет за собой огромное отклонение от истинного значения.

Величайший астроном древности Гиппарх Никейский в середине II века до н. э. с большой уверенностью определил расстояние до Луны и ее размеры, приняв за единицу радиус земного шара.

В своих вычислениях Гиппарх исходил из правильного понимания причины лунных затмений: Луна попадает в земную тень, имеющую форму конуса с вершиной, находящейся где-то в стороне Луны.

Посмотрите на рисунок. Он показывает положение Солнца, Земли и Луны во время лунного затмения. Из подобия треугольников следует, что расстояние от Земли до Солнца AB во столько раз больше расстояния от Земли до Луны BC, во сколько раз разность радиусов Солнца и Земли (AE — BF) больше разности радиусов Земли и ее тени на расстоянии Луны (BF — CG).

Из наблюдений при помощи простейших угломерных инструментов следовало, что радиус Луны составляет 15′, а радиус тени приблизительно 40′, то есть радиус тени больше радиуса Луны почти в 2,7 раза. Приняв расстояние от Земли до Солнца за единицу, можно было установить, что радиус Луны почти в 3,5 раза меньше радиуса Земли.

Уже было известно, что под углом в 1′ наблюдается предмет, расстояние до которого превосходит его размеры в 3 483 раза. Следовательно, рассуждал Гиппарх, под углом в 15′ наблюдаемый предмет будет в 15 раз ближе. Значит, Луна находится от нас на расстоянии, в 230 раз (3 483 : 15) превосходящем ее радиус. А если радиус Земли составляет приблизительно 3,5 радиуса Луны, то расстояние до Луны равно 230 : 3,5

60 радиусов Земли, или около 30 земных диаметров (это около 382 тыс. километров).

В наше время измерение расстояния от земли до Луны было выполнено с помощью метода лазерной локации. Суть этого метода заключается в следующем. На поверхности Луны устанавливается уголковый отражатель. С Земли с помощью лазера на зеркало отражателя направляется лазерный луч. При этом точно фиксируется время, когда сигнал был излучён. Отражённый от прибора на Луне свет в течение примерно одной секунды возвращается в телескоп. Определив точное время, за которое луч света проходит расстояние от Земли до Луны и обратно, можно установить расстояние от источника излучения до отражателя.

С помощью этого метода расстояние от земли до Луны определено с точностью до нескольких километров (максимальная точность измерения в настоящее время — 2-3 сантиметра!): в среднем оно составляет 384 403 км. «В среднем» не потому, что это расстояние взято из разных или приблизительных результатов измерений, а потому, что орбита Луны представляет собой не окружность, а эллипс. В апогее (наиболее удаленная от Земли точка орбиты) расстояние от центра Земли до Луны 406 670 км, в перигее (наиболее близкая точка орбиты) — 356 400 км.

Источник

Способы измерения расстояния от Земли до Луны в километрах и метрах и сколько лететь по времени

Измерение расстояния от Земли до Луны проводились еще в древние времена: греки пытались сделать это неоднократно.

Данные сведения были необходимы человеку для получения полноценной картины представления о Вселенной.

Кроме вычислений о расстоянии до спутника Земли, древние греки проводили расчеты, чтобы вычислить его радиус.

Со временем технологический прогресс развивался и уже сегодня все измерения известны человеку.

Как вычислялось расстояние?

Издавна людям было интересно, что же представляется собой космос и Луна – она с незапамятных времен была естественным спутником нашей планеты.

Люди интересовались, как далеко она находится и сколько до нее лететь, применяя для этого разнообразные подсчеты.

На сегодняшний день измерить расстояние методами, использующимися в повседневной жизни – нереально.

Для этого применяются тригонометрические формулы и расчеты.

Рассмотрим, как древние люди определяли этот показатель, напоминая, что он измеряется от центра спутника:

Первый, кто попытался достучаться до истины, был Аристарх Самосский.

На основе геометрических уравнений и показателей, полученных с помощью угломерных инструментов, ученый проводил исследование.

Для начала он вычислил разницу расстояния до спутника и Солнца, после чего умножал данный результат на радиус Земли. Его расчеты показали, что расстояние равно 509680 в километрах.
Во 2 веке до нашей эры астроном Гиппарх Никейский также принялся за вычисления.

Он проводил наблюдения за Луной при разных ее фазах и пришел к выводу, что расстояние до Земли будет равно 382260 километров.

Основываясь на угловых замерах, Гиппарх выяснил, что в период затмения Солнце и Луна имеют одинаковые показатели.

После этого он высчитал разницу и вывел формулу, по которой определил среднее расстояние.

Среднее расстояние в километрах

Указать точные показатели расстояния в километрах невозможно: это связано с эллиптической формой орбиты, по которой движется спутник.

Это говорит о том, что некоторое время он удаляется от планеты, после чего снова приближается.

Реальные размеры могут изменяться в пределах 15 %, что связано с различными точками нахождения спутника.

Самая полная Луна находится к Земле гораздо ближе, чем тогда, когда она проходит фазу роста.

Известные показатели помогут узнать расстояние, которое измерили ученые:

Показатель	Описание
384403 километров	Астрономы называют данное расстояние большой полуосью, оно измеряется только километрами, величина в метрах здесь не используются. Иногда приводятся цифры 384467 километров, что не является верным
357104 километра	Такой результат является минимальным числовым показателем, когда Луна находится в самой близкой точке к Земле
406696 километров	В апогее спутник располагается на указанном количестве километров от Земли – его самая отдаленная точка будет показывать данное число

Время полета

На сегодня уже совершено большое количество полетов, для того, чтобы судить, сколько по времени занимает путешествие до спутника.

Ученые производили расчеты, исходя из скорости на ракете и наблюдения за космонавтами.

Вот некоторые цифры:

Самый медленный полет займет 1 год 1 месяц и 2 недели, что было доказано при эксперименте.

В 2003 году на основе станции с ионным революционным двигателем под названием ЕКА SMART-1 был произведен запуск лунного зонда.

Средний по времени полет занял 5 дней, когда китайский спутник Chang’e-1 был отправлен в 2007 году на орбиту: при полете использовались стандартные ракетные двигатели.

Пилотируемый полет с человеком длился 3 дня 3 часа и 49 минут, когда американцы в 1969 году впервые ступили на поверхность Луны – космический корабль Сатурн-5 стартовал с площадки во Флориде.

Кратчайший путь освоили американцы в проекте «Новые горизонты»: скорость спутника составляет 58 тысяч километров.

Чтобы преодолеть притяжение Солнца, компания Nasa использовала огромное ускорение.

Сегодня туристические космические компании по всему миру предлагают путешествия на Луну короткой или длительной продолжительности.

Интересные факты

Любые вычисления, произведенные человеком, были окружены множеством интересных фактов, историй. Измерение пространства и расстояния до Луны не лишено таких случаев.

Приведем несколько интересных примеров, связанных с историей вычисления времени полета, расстояния от Земли до спутника:

1. Согласно легенде, Луна образовалась от столкновения планеты Земля с другой планетой. Тогда образовалась орбита, из которой сформировался спутник желто-белого цвета.
2. Спутник всегда обращен к планете одной стороной.
3. Самый большой кратер называется Бэйли, его диаметр составляет 295 километров.
4. Во время одной из экспедиций американский Аполлон-6 привез на Землю несколько сотен килограммов лунного грунта.
5. Находясь на Земле и смотря в небо, кажется, что Луна и Солнце обладают одинаковыми размерами.
6. На Луне нет атмосферы, поэтому ночь там наступает сразу, без постепенного угасания света.
7. Сила притяжения на спутнике имеет наименьшее значение – она в 6 раз меньше силы притяжения на Земле.
8. На поверхности спутника существует памятник погибшим космонавтам – это фигура 10 сантиметров из алюминия.
9. С течением лет Луна значительно отдалилась от Земли: это происходит каждый год на 4 сантиметра.
10. Минимальное расстояние в ближайших точках от Луны до Марса составляет 55 миллионов 399 тысяч километров.

Известно, что в будущем планируются регулярные полеты на Марс, однако гораздо удобнее осуществлять их с поверхности спутника.

Вычисление расстояний до Луны помогает организаторам полетов достоверно просчитать количество топлива, а также средств, затрачиваемых на полет.

Полезное видео

Источник